Kas ir augstas temperatūras sakausējums

Augstas temperatūras sakausējumi ir sadalīti trīs veidu materiālos: 760 grādu augstas temperatūras materiāli, 1200 grādu augstas temperatūras materiāli un 1500 grādu augstas temperatūras materiāli ar stiepes izturību 800 MPa. Citiem vārdiem sakot, tas attiecas uz augstas temperatūras metāla materiāliem, kas ilgstoši darbojas temperatūrā virs 760--1500 grādiem un noteiktos apstākļos. Tiem ir lieliska izturība augstā temperatūrā, laba izturība pret oksidāciju un karsto koroziju, laba noguruma veiktspēja, izturība pret lūzumiem un citas visaptverošas īpašības. Tas ir kļuvis par neaizvietojamu galveno materiālu militāro un civilo gāzes turbīnu dzinēju karstā gala komponentiem.

Augstas temperatūras galvenos sakausējumus izmanto augstas temperatūras komponentu, piemēram, turbīnu lāpstiņu, lāpstiņu, turbīnu disku, augstspiediena gāzturbīnu disku un sadegšanas kameru ražošanai aviācijas, jūras un rūpnieciskajām gāzes turbīnām. Tos izmanto arī kosmosa transportlīdzekļu, raķešu dzinēju, kodolreaktoru, naftas ķīmijas iekārtu un ogļu ražošanā. pārveidošanas un citas enerģijas pārveidošanas ierīces.

Kopš 30. gadu beigām Lielbritānija, Vācija, ASV un citas valstis ir sākušas pētīt augstas temperatūras sakausējumus. Otrā pasaules kara laikā, lai apmierinātu jaunu kosmosa dzinēju vajadzības, augstas temperatūras sakausējumu izpēte un izmantošana ienāca enerģiskas attīstības periodā. 1940. gadu sākumā Apvienotā Karaliste pirmo reizi pievienoja nelielu daudzumu alumīnija un titāna 80Ni-20Cr sakausējumam, lai izveidotu stiprināšanas fāzi, un izstrādāja pirmo sakausējumu uz niķeļa bāzes ar augstu izturību augstā temperatūrā. Tajā pašā laika posmā, lai apmierinātu virzuļu aerodzinēju turbokompresoru izstrādes vajadzības, Amerikas Savienotās Valstis sāka izmantot Vitallium kobalta sakausējumus, lai izgatavotu asmeņus.

Turklāt Amerikas Savienotās Valstis ir izstrādājušas arī Inconel sakausējumu uz niķeļa bāzes, lai izgatavotu reaktīvo dzinēju sadegšanas kameru. Vēlāk, lai vēl vairāk uzlabotu sakausējuma izturību augstā temperatūrā, metalurgi niķeļa sakausējumam pievienoja volframu, molibdēnu, kobaltu un citus elementus, palielināja alumīnija un titāna saturu un izstrādāja virkni sakausējuma zīmolu, piemēram, britu "Nimonic", amerikāņu "Mar-M" un "IN" utt.; sakausējumos uz kobalta bāzes tiek pievienoti tādi elementi kā niķelis un volframs, lai izveidotu dažādus augstas temperatūras sakausējumus, piemēram, X-45, HA-188, FSX-414 utt. kobalta resursu trūkuma dēļ ir ierobežota supersakausējumu izstrāde uz kobalta bāzes.

1940. gados tika izstrādāti arī supersakausējumi uz dzelzs bāzes. 1950. gados parādījās tādi zīmoli kā A-286 un Incoloy901. Tomēr sliktās augstas temperatūras stabilitātes dēļ attīstība ir bijusi lēna kopš pagājušā gadsimta 60. gadiem. Padomju Savienībā ap 1950. gadu sāka ražot "ЭИ" zīmola supersakausējumus uz niķeļa bāzes, vēlāk tika ražoti "ЭП" sērijas deformētie supersakausējumi un ЖС sērijas lietie supersakausējumi. Ķīna sāka augstas temperatūras sakausējumu izmēģinājuma ražošanu 1956. gadā un pakāpeniski izveidoja deformētu supersakausējumu sēriju "GH" un lieto supersakausējumu sēriju "K". Septiņdesmitajos gados Amerikas Savienotās Valstis izmantoja arī jaunus ražošanas procesus, lai ražotu virziena kristalizētas lāpstiņas un pulvermetalurģijas turbīnu diskus, kā arī izstrādāja augstas temperatūras sakausējuma komponentus, piemēram, viena kristāla lāpstiņas, lai apmierinātu pieaugošās gaisa kuģu dzinēju turbīnu ieplūdes temperatūras vajadzības.

Līdz šim visas valstis pēta jaunus augstas temperatūras sakausējumus, veic nepārtrauktus sasniegumus, inovācijas un paplašina pielietojuma jomas. Mūsdienu rūpniecības attīstībā tie acīmredzami ir kļuvuši par neaizstājamu sakausējuma materiālu.

(1) Augstas temperatūras sakausējums uz dzelzs bāzes

Augstas temperatūras sakausējumus uz dzelzs bāzes var saukt arī par karstumizturīgiem leģētiem tēraudiem. Tās matrica ir Fe elements, kam pievienots neliels daudzums Ni, Cr un citu leģējošu elementu. Karstumizturīgo leģēto tēraudu var iedalīt martensīta, austenīta, perlīta, ferīta karstumizturīgā tēraudā utt. atbilstoši tā normalizēšanas prasībām.

(2) Augstas temperatūras sakausējums uz niķeļa bāzes

Augstas temperatūras sakausējumi uz niķeļa bāzes satur vairāk nekā pusi niķeļa un ir piemēroti darba apstākļiem virs 1000 grādiem. Izmantojot cieto šķīdumu un novecošanas apstrādi, var ievērojami uzlabot šļūdes pretestību un spiedes tecēšanas robežu. Pašlaik, pamatojoties uz augstas temperatūras vidē izmantoto supersakausējumu analīzi, uz niķeļa bāzes izgatavotu supersakausējumu izmantošanas apjoms ievērojami pārsniedz dzelzs un kobalta bāzes supersakausējumu izmantošanu. Tajā pašā laikā augstas temperatūras sakausējums uz niķeļa bāzes ir arī augstas temperatūras sakausējums ar lielāko ražošanas apjomu un lielāko izmantošanu manā valstī. Daudzu turbīnu dzinēju turbīnu lāpstiņas un sadegšanas kamerās, un pat turbokompresoros kā sagatavošanas materiāli tiek izmantoti arī sakausējumi uz niķeļa bāzes. Vairāk nekā pusgadsimtu aviācijas un kosmosa dzinējos izmantoto augstas temperatūras materiālu spēja izturēt augstu temperatūru ir palielinājusies no 750 grādiem 1940. gadu beigās līdz 1200 grādiem 1990. gadu beigās. Jāteic, ka šis milzīgais uzlabojums ir veicinājis uzlabojumus arī liešanas procesos, virsmas pārklājumos utt. Strauja attīstība.

(3) Augstas temperatūras sakausējums uz kobalta bāzes

Augstas temperatūras sakausējumos uz kobalta bāzes tiek izmantots kobalts kā matrica, un kobalta saturs veido apmēram 60%. Tajā pašā laikā ir jāpievieno tādi elementi kā Cr un Ni, lai uzlabotu sakausējuma karstumizturību augstā temperatūrā. Lai gan šim augstas temperatūras sakausējumam ir labāka karstumizturība, dažādu valstu dēļ Kobalta resursu izlaide ir salīdzinoši neliela un apstrāde ir sarežģīta, tāpēc apjoms nav liels. To parasti izmanto augstas temperatūras apstākļos (600–1000 grādi) un augstas temperatūras daļās, kas ilgstoši pakļautas ārkārtīgi sarežģītai slodzei, piemēram, aerodzinēju darba lāpstiņām, turbīnu diskiem, sadegšanas kameru karstā gala komponentiem un kosmosa dzinēji. Lai iegūtu labāku karstumizturību, normālos apstākļos sagatavošanas laikā jāpievieno tādi elementi kā W, MO, Ti, Al un Co, lai nodrošinātu izcilu karstumizturību un noguruma izturību.

Atbilstoši sakausējuma stiprināšanas veidam augstas temperatūras sakausējumus var iedalīt sakausējumos, kas stiprināti ar cietu šķīdumu augstas temperatūras sakausējumos, un sakausējumos, kas stiprināti ar nokrišņiem.

(1) Ar cietu šķīdumu stiprināts tips

Tā sauktais cietā šķīduma stiprināšanas veids ir dažu leģējošu elementu pievienošana augstas temperatūras sakausējumiem uz dzelzs, niķeļa vai kobalta bāzes, lai izveidotu vienfāzes austenīta struktūru. Izšķīdušās vielas atomi deformē cietā šķīduma matricas režģi, kas palielina cietā šķīduma pretestību pret slīdēšanu un nostiprina to. Daži izšķīdušo vielu atomi var samazināt sakausējuma sistēmas sakraušanas bojājuma enerģiju, palielināt dislokācijas sadalīšanās tendenci, apgrūtināt šķērsslīdēšanu un stiprināt sakausējumu, lai sasniegtu augstas temperatūras sakausējumu stiprināšanas mērķi.

(2) Novecošanās nokrišņu stiprināšana

Tā sauktā vecuma nokrišņu stiprināšana ir termiskās apstrādes process, kurā sakausējuma apstrādājamā detaļa tiek pakļauta cietā šķīduma apstrādei, aukstai plastiskai deformācijai un tiek novietota augstākā temperatūrā vai istabas temperatūrā, lai saglabātu tās īpašības. Piemēram: GH4169 sakausējuma maksimālā tecēšanas robeža ir 1000 MPa pie 650 grādiem, un sakausējuma temperatūra asmeņu izgatavošanai var sasniegt 950 grādus.

Sadalīts pēc materiālu formēšanas metodēm: lietie augstas temperatūras sakausējumi (tostarp parastie liešanas sakausējumi, monokristālu sakausējumi, virziena sakausējumi utt.), deformēti augstas temperatūras sakausējumi un pulvermetalurģijas augstas temperatūras sakausējumi (ieskaitot parasto pulvermetalurģiju un oksīdu dispersiju). pastiprināti augstas temperatūras sakausējumi).

(1) Augstas temperatūras sakausējuma liešana

Sakausējumu materiālus, kuros izmanto liešanas metodes, lai tieši sagatavotu detaļas, sauc par lietiem augstas temperatūras sakausējumiem. Pēc sakausējuma matricas sastāva to var iedalīt trīs veidos: liešanas supersakausējums uz dzelzs bāzes, niķeļa bāzes liešanas supersakausējums un dimanta bāzes liešanas supersakausējums. Saskaņā ar kristalizācijas metodi to var iedalīt četros veidos: polikristāliski lietie supersakausējumi, virziena sacietēšanas lietie supersakausējumi, virziena eitektiski lietie supersakausējumi un monokristāliski lietie supersakausējumi.

(2) Deformēts augstas temperatūras sakausējums

Tas joprojām ir visizplatītākais materiāls kosmosa dzinējos, un to plaši izmanto gan mājās, gan ārzemēs. manas valsts deformētu supersakausējumu gada produkcija ir aptuveni 1/8 no Amerikas Savienotajām Valstīm [2]. Kā piemēru ņemot sakausējumu GH4169, tā ir galvenā šķirne ar visvairāk pielietojumu gan mājās, gan ārvalstīs. Manā valstī kā galvenās daļas galvenokārt tiek izmantotas bultskrūves, kompresori un riteņi, kā arī turbovārpstas dzinēju eļļas siksnas. Tā kā citi sakausējuma izstrādājumi kļūst arvien nobriedušāki, augstā temperatūrā notiek deformācija. Sakausējumu izmantošana var pakāpeniski samazināties, bet turpmākajās desmitgadēs joprojām dominēs.

(3) Jauns augstas temperatūras sakausējums

Tostarp augstas temperatūras pulvera sakausējumi, titāna-alumīnija intermetāliskie savienojumi, ar oksīdu dispersiju stiprināti augstas temperatūras sakausējumi, korozijizturīgi augstas temperatūras sakausējumi, pulvermetalurģija un nanomateriāli un citi produktu segmenti.

①Trešās paaudzes pulvera supersakausējumu sakausējuma pakāpe ir uzlabota, ļaujot tai ņemt vērā pirmo divu paaudžu priekšrocības un sasniegt lielāku izturību un mazākus bojājumus. Pulverveida supersakausējumu ražošanas process kļūst arvien nobriedušāks. Nākotnē tas var tikt izstrādāts no sekojošiem aspektiem: pulvera sagatavošana, termiskās apstrādes process, datorsimulācijas tehnoloģija, dubultās veiktspējas pulvera disks;

②Titāna-alumīnija intermetāliskie savienojumi ir izstrādāti līdz ceturtajai paaudzei, un tie pakāpeniski paplašinās divos daudzelementu mikroelementu un lielelementu mikroelementu virzienos. Hamburgas Universitāte Vācijā, Kioto Universitāte Japānā un GKSS centrs Vācijā ir veikuši plašus pētījumus par titānu. Alumīnija intermetāliskie savienojumi tagad tiek izmantoti kuģu būvē, biomedicīnā un sporta preču jomā;

③ Ar oksīdu dispersiju stiprināti supersakausējumi ir daļa no pulverveida supersakausējumiem. Tiek ražoti un izstrādāti gandrīz 20 veidi. Tiem ir augsta izturība augstā temperatūrā un zemi sprieguma koeficienti, un tos plaši izmanto karstumizturīgos un antioksidācijas komponentos gāzturbīnās, modernos kosmosa dzinējos utt. Naftas ķīmijas reaktors utt.;

④ Koroziju izturīgus augstas temperatūras sakausējumus galvenokārt izmanto, lai aizstātu ugunsizturīgos materiālus un karstumizturīgo tēraudu būvniecības un kosmosa jomā.

NiTi atmiņas sakausējuma plāksne

Medicīniskā nitinola stieple